Design and Modeling of a Lookup Table Base 105kW Grid-Connected PV System With a Buck-Boost Converter and a Three-Level NPC Inverter

This thesis presents a comprehensive modeling approach for a multi-string photovoltaic system integrated with a DC-DC buck-boost converter and a three-level Neutral-Point Clamped (NPC) inverter. The primary objective is to create an accurate and efficient simulation model that captures the intricate behavior of the system components while minimizing computational complexity. The proposed methodology utilizes Lookup Table models for each constituent of the system, enabling high-fidelity simulations that incorporate temperature-dependent losses. The methodology begins with the formulation of a 2D-Lookup Table for the photovoltaic (PV) array, accommodating both irradiance and voltage vectors to predict output current. Similarly, the DC-DC converter and inverter are modeled using analogous lookup table structures. Temperature-related losses are incorporated into the models, considering thermal characteristics of components. This modeling approach allows efficient long-term analysis by eliminating the need to account for switching frequencies. To validate the model's effectiveness, a reference scenario is established using actual data from a photovoltaic power station. The simulation's responses closely match measured data, affirming the model's accuracy. The converter's output DC power aligns with system limitations, while the inverter Lookup Table model accurately predicts AC power output, considering inherent losses. Power loss analyses unveil their composition, and individual component behaviors are examined, emphasizing their sensitivity to temperature-induced losses. The efficiency curve derived from the simulation closely mirrors the actual efficiency curve from the datasheet, underscoring the model's ability to replicate real-world efficiency trends. In summary, the developed model aptly captures the complex dynamics of the multi-string photovoltaic system. The incorporation of Lookup Table models and temperature-influenced losses results in accurate simulations, providing insights into system behavior and enabling efficient analysis of intricate photovoltaic configurations. This approach holds promise for the optimization and understanding of complex renewable energy systems.

Questa tesi presenta un approccio di modellizzazione esaustivo per un sistema fotovoltaico multi-stringa integrato con un convertitore DC-DC buck-boost e un inverter NPC (Neutral-Point Clamped) a tre livelli. L'obiettivo principale è creare un modello di simulazione preciso ed efficiente che catturi il comportamento intricato dei componenti del sistema, riducendo al minimo la complessità computazionale. La metodologia proposta utilizza modelli basati su Lookup Table per ciascuna componente del sistema, consentendo simulazioni ad alta fedeltà che incorporano perdite dipendenti dalla temperatura. La metodologia inizia con la formulazione di una tabella bidimensionale per l'array fotovoltaico (PV), che tiene conto sia della radiazione che dei vettori di tensione per prevedere la corrente in uscita. Allo stesso modo, il convertitore DC-DC e l'inverter sono modellati utilizzando strutture di Lookup Table analoghe. Le perdite legate alla temperatura sono incorporate nei modelli, considerando le caratteristiche termiche dei componenti. Questo approccio di modellizzazione consente un'analisi efficiente a lungo termine eliminando la necessità di considerare le frequenze di commutazione. Per convalidare l'efficacia del modello, viene stabilito uno scenario di riferimento utilizzando dati effettivi provenienti da una centrale fotovoltaica. Le risposte della simulazione corrispondono strettamente ai dati misurati, affermando.